Thống kê truy cập
Ernest Rutherford

Nhà khoa học của thập niên Ernest Rutherford

 

Xét trên đa số tiêu chuẩn, Ernest Rutherford không thể khác hơn với Albert Einstein. Einstein là con trưởng trong số hai người con của một gia đình trí thức thành thị châu Âu. Rutherford là con thứ tư trong số 14 đứa trẻ lớn lên ở miền quê New Zealand.Einstein khảo sát những lí thuyết mới tại bàn làm việc trong một văn phòng nhỏ. Rutherford khảo sát những hiện tượng mới trong một số phòng thí nghiệm được trang bị tốt nhất thế giới. Tài trí của Einstein không được công nhận trước khi ông đột nhiên nổi tiếng. Rutherford dường như sinh ra để thành công từ lúc bắt đầu sự nghiệp của ông. Einstein không giành được giải Nobel Vật lí mãi 16 năm sau công trình đáng kể nhất của ông. Rutherford giành giải Nobel Hóa học trước khi ông tiến hành cái người ta cho rằng là đóng góp lớn nhất của ông cho khoa học vật chất. 

Hai nhà vật lí còn rất khác nhau về tác phong và diện mạo. Einstein thì vóc người nhỏ, trầm lặng, và khiêm tốn. Rutherford thì cao to, nhiều tham vọng, và có giọng nói to khỏe. Nhưng họ có chung mục tiêu là khảo sát những cơ sở vật lí mà không cần những quan niệm đã có từ trước. Trí tuệ mở đó đã cho phép hai người nhận ra những thứ bất ngờ. Nó đưa Einstein đến chỗ giải thích lại các định luật chuyển động; ý nghĩa của không gian và thời gian; bản chất của vật chất, năng lượng, sóng và hạt. Nó chỉ lối cho Rutherford khảo sát đa số những thành phần và cấu trúc cơ bản của vật chất.

Rutherford sinh năm 1871, gần thành phố Nelson trên Đảo Nam của New Zealand. Ông là một sinh viên xuất sắc, với sự hỗ trợ tài chính từ gia đình và học bổng, đã có đủ điều kiện theo học một trường trung học địa phương chất lượng tốt (Nelson College) và rồi học tại trường Canterbury College ở Christchurch. Ở đó, ông không chỉ thể hiện tài năng ngoại hạng về khoa học thực nghiệm, mà còn cả sự hứng thú với việc nghiên cứu những khám phá mới nhất.

Nhà vật lí người Đức Heinrich Hertz (1857–1894) trước đó đã biết cách tạo ra những sóng đện từ mà ngày nay chúng ta gọi là sóng vô tuyến, và Rutherford quyết định đo tác dụng của chúng lên những cái kim thép bị từ hóa. Nghiên cứu đó dẫn ông tới chỗ phát minh ra một bộ dò nhạy với cái gọi là sóng Hertz truyền đi những khoảng cách xa. Máy thu vô tuyến này sớm trở thành một bộ phận quan trọng trong cuộc cách mạng truyền thông gọi là điện báo không dây lan tỏa khắp thế giới và đưa Rutherford thành ứng cử viên sáng giá trong cuộc đua năm 1895 giành một suất học bổng nghiên cứu chính đến học tập ở Anh. Thật không may, ủy ban xét học bổng xếp ông xuống hạng hai sau một nhà hóa học. Nhưng một vận may đã đến với ông sau đó. Nhà hóa học trên quyết định lập gia đình và ở lại New Zealand. Rutherford được nhận giải thưởng và quyết định đến làm việc tại Phòng thí nghiệm Cavendish danh tiếng của trường Đại học Cambridge do J.J Thomson đứng đầu.

Rutherford lập tức bắt tay vào nghiên cứu về những thí nghiệm không dây và tiếp tục mang lại những kết quả quan trọng. Nhưng khi nghiên cứu của ông càng trở nên quan trọng về mặt công nghệ, thì nó càng kém hấp dẫn trên phương diện khoa học. Cho nên ông và Thomson bắt đầu tìm kiếm một lĩnh vực mới trong đó ông có thể đóng góp công sức. Khi tin tức về việc Röntgen khám phá ra tia X lan đến, họ đã có câu trả lời của mình.

Là một phần nghiên cứu của ông về tia ca-tôt sẽ sớm dẫn tới khám phá ra electron, Thomson đang nghiên cứu hiện tượng ion hóa – sự tạo thành các nguyên tử tích điện – trong chất khí. Ông có thể tạo ra những tia lửa hay chớp sáng điện áp cao không điều khiển được, nhưng ông không thể tạo ra một dòng ion đều đều để ông có thể điều khiển và đo đạc.

Röntgen đã báo cáo rằng khi tia X đi qua các chất khí, việc áp đặt một điện trường lên những chất khí đó sẽ làm xuất hiện những dòng điện nhỏ. Thomson nghi ngờ những dòng điện đó là dòng ion – đúng cái ông đang tìm cách nghiên cứu. Ông giao cho Rutherford nhiệm vụ tìm hiểu xem ông có đúng không. Rutherford xác nhận phỏng đoán của Thomson và lập tức biết phải làm gì tiếp sau đó. Ông khảo sát xem hiện tượng phóng xạ mới phát hiện cũng tạo ra các ion trong chất khí hay không. Nó thật sự tạo ra các ion, cho nên ông đã bắt đầu nhận ra phóng xạ là gì và làm thế nào nó tương tác với vật chất.

Ông bắt đầu bằng cách đặt lá nhôm giữa một mẩu uranium và một detector ion hóa, mỗi lần thêm một lớp. Từng lớp một trong một vài lớp đầu tiên đo được đã làm giảm sự ion hóa, nhưng cuối cùng ông đạt tới chỗ thêm một lớp gây ra một sự khác biệt nhỏ, mặc dù một lượng đáng kể bức xạ ban đầu vẫn truyền qua. Rutherford kết luận rằng phóng xạ phải ít nhất có hai thành phần, một thành phần có khả năng đâm xuyên hơn thành phần kia. Ông đặt tên cho hai thành phần đó là tia alpha và tia beta theo tên hai kí tự đầu tiên của bảng chữ cái Hi Lạp, với tia alpha là thành phần dễ bị chặn lại hơn.

Năm 1898, tên tuổi Rutherford trở nên nổi tiếng khắp thế giới vật lí, và ông được phong giáo sư và cấp một phòng thí nghiệm riêng tại trường Đại học McGill ở Montreal. Ông sớm bắt đầu làm việc với một vị kĩ sư trẻ, R. B. Owens, người đang nghiên cứu phóng xạ phát ra từ thorium trong khi Rutherford nghiên cứu với uranium. Owens quan sát thấy một hiệu ứng kì lạ: bức xạ thorium nhạy với các dòng không khí trong phòng thí nghiệm.

Rutherford ngờ rằng thorium đang tạo ra một chất khí phóng xạ. Ông thiết kế những thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết đó và nhận thấy mình đã đúng. Ông còn phát hiện ra hai bí ẩn mới. Thứ nhất, khi chất khí đó, ngày nay chúng ta biết là radon, phát ra bức xạ alpha, thì chất phóng xạ rắn bắt đầu tích góp trên thành bình chứa của nó. Thứ hai, khi ông nghiên cứu bức xạ phát ra từ lớp chất rắn đọng lại, ông nhận ra không chỉ có bức xạ alpha và beta, mà còn có một bức xạ thứ ba, là dạng bức xạ còn có khả năng đâm xuyên hơn nữa, cái ông gọi là bức xạ gamma.

Hai khám phá nổi bật này đều xảy ra trong hai năm Rutherford làm việc ở McGill. Mùa hè năm 1900, ông đã sẵn sàng đi nghỉ lễ. Ông du lịch trở về New Zealand gặp gỡ gia đình và kết hôn cùng vị hôn thê đang hết sức sốt ruột có thể hiểu được của ông, người đã phải chịu vô số lần trì hoãn ngày cưới với người chồng tương lai đang ở giữa cuộc cách mạng bão táp của ngành vật lí học.

Tháng 9 năm đó, Rutherford trở lại Montreal cùng với cô dâu mới. Khi đã ổn định một cuộc sống gia đình mới, ông biết ông cần có thêm một người nữa trong phòng thí nghiệm của mình. Ông tìm một nhà hóa học giỏi để giúp ông phân loại thay đổi bản chất hóa học đi cùng với sự phát phóng xạ. Như đã lưu ý trong chương 1, ông đã nhập đội với Frederick Soddy, người đã chứng minh rằng họ đang quan sát những biến đổi hóa học không giống như bất cứ cái gì đã từng thấy. Nó không phải là sự sắp xếp lại của các nguyên tử để hình thành nên những hợp chất hóa học mới mà là sự biến tố phóng xạ của nguyên tố này thành nguyên tố kia.

Cũng trong những năm tháng Einstein đang thách thức những giả thuyết cơ bản về không gian, thời gian, vật chất và năng lượng, Rutherford đang thách thức những giả thuyết cơ bản của hóa học rằng một nguyên tử có thể biến đổi thành nguyên tử khác. Sự mô tả biến tố của ông đã mang lại cho ông giải Nobel hóa học năm 1908, nhưng thành tựu to lớn nhất của ông – khám phá ra hạt nhân nguyên tử và proton và tiên đoán sự tồn tại của neutron – vẫn nằm ở phía trước.

Ngoài những thành tựu khoa học nổi bật của Rutherford, ông còn nổi tiếng với tài lãnh đạo làm tăng chất lượng nghiên cứu ở bất cứ nơi nào ông làm việc. Như đã lưu ý trong chương 1, ông đã được mời chào từ McGill trở về Anh vào năm 1907 để lãnh đạo một chương trình nghiên cứu tại trường Đại học Manchester. Ông rời Manchester năm 1919 đến kế vị J.J Thomson làm giáo sư ngạch Cavendish tại trường Đại học Cambridge, danh vị giáo sư danh giá nhất ở nước Anh. Ông ở lại Cambridge cho đến khi qua đời vào năm 1937.

 
Thiết kế website         
 
 
 
^ Về đầu trang